Lazer nurlari bilan payvandlash ham, yoy bilan payvandlash ham uzoq vaqtdan beri sanoat ishlab chiqarishida qo'llanilgan va materiallarni birlashtirish texnologiyasi sohasida keng ko'lamli foydalanish imkonini beradi. Ushbu jarayonlarning har biri o'ziga xos qo'llanilish sohalariga ega, bu ish qismiga energiya tashishning fizik jarayonlari va olinishi mumkin bo'lgan energiya oqimlari bilan tavsiflanadi. Energiya lazer nurlari manbasidan ishlov berish uchun materialga optik tolali kabel yordamida yuqori energiyali infraqizil kogerent nurlanish orqali uzatiladi. Yoy payvandlash uchun zarur bo'lgan issiqlikni yoy ustuni orqali ish qismiga oqadigan yuqori elektr toki orqali uzatadi. Lazer nurlanishi payvandlash chuqurligining chok kengligiga katta nisbati bilan juda tor issiqlik ta'sir zonasiga olib keladi (chuqur payvandlash effekti). Lazerli payvandlash jarayonining bo'shliqlarni ko'priklash qobiliyati uning kichik fokus diametri tufayli juda past, ammo boshqa tomondan u juda yuqori payvandlash tezligiga erishishi mumkin. Yoy bilan payvandlash jarayoni ancha past energiya zichligiga ega, ammo ish qismi yuzasida kattaroq fokus nuqtasini keltirib chiqaradi va ishlov berishning sekinroq tezligi bilan tavsiflanadi. Ushbu ikkala jarayonni birlashtirish orqali foydali sinergiyalarga erishish mumkin. Oxir-oqibat, bu sifat afzalliklariga va ishlab chiqarish-muhandislik afzalliklariga, shuningdek, iqtisodiy samaradorlikni oshirishga imkon beradi. Bu jarayon avtomobilsozlik sanoatida ham qiziqarli va iqtisodiy jihatdan jozibador qo'llanmalarni taklif etadi, ayniqsa payvandlash joylarida yuqori bardoshliklarga ruxsat berilganligi, yuqori ulanish tezligi mumkinligi va juda yaxshi mexanik/texnologik parametrlarga erishish mumkinligi sababli.
1. Kirish:
1970-yillardan beri lazer nuri va yoyni birlashtirilgan payvandlash jarayoniga qanday birlashtirish ma'lum bo'lgan, ammo undan keyin uzoq vaqt davomida hech qanday qo'shimcha ishlab chiqish ishlari olib borilmadi. Yaqinda tadqiqotchilar yana shu mavzuga e'tibor qaratdilar va yoyning afzalliklarini lazerning afzalliklari bilan gibrid payvandlash jarayonida birlashtirishga harakat qilishdi. Dastlabki kunlarda lazer manbalari hali ham sanoat foydalanish uchun yaroqliligini isbotlashi kerak bo'lgan bo'lsa, hozirgi kunda ular ko'plab ishlab chiqarish korxonalarida standart texnologik uskunalar hisoblanadi.
Lazerli payvandlashning boshqa payvandlash jarayoni bilan kombinatsiyasi "gibrid payvandlash jarayoni" deb ataladi. Bu lazer nuri va yoy bir vaqtning o'zida bitta payvandlash zonasida harakat qilishini, bir-biriga ta'sir qilishini va bir-birini qo'llab-quvvatlashini anglatadi.
2. Lazer:
Lazerli payvandlash nafaqat yuqori lazer kuchini, balki kerakli "chuqur payvandlash effektini" olish uchun yuqori sifatli nurni ham talab qiladi. Olingan yuqori sifatli nurdan kichikroq fokus diametri yoki kattaroq fokus masofasini olish uchun foydalanish mumkin.
Hozirda amalga oshirilayotgan loyihalar uchun 4 kVt quvvatga ega lampa bilan ishlaydigan qattiq holatdagi lazerdan foydalanilmoqda. Lazer nuri 600 µm shisha tolasi orqali uzatiladi.
Lazer nuri shisha tola orqali uzatiladi, uning boshi va oxiri suv bilan sovutiladi. Lazer nuri ish qismiga 200 mm fokus masofasiga ega fokuslash moduli orqali proyeksiyalanadi.
3. Lazerli gibrid jarayon:
Metall buyumlarni payvandlash uchun Nd:YAG lazer nuri 106 Vt/sm2 dan yuqori intensivlikda fokuslanadi. Lazer nuri material yuzasiga tushganda, u bu joyni bug'lanish haroratiga qadar qizdiradi va chiqib ketayotgan metall bug'i tufayli payvandlash metallida bug' bo'shlig'i hosil bo'ladi. Payvand chokining ajralib turadigan xususiyati uning chuqurlikdan kenglikka yuqori nisbati hisoblanadi. Erkin yonayotgan yoyning energiya oqimi zichligi 104 Vt/sm2 dan biroz yuqori. 1-rasmda gibrid payvandlashning asosiy printsipi ko'rsatilgan. Lazer nuri
Bu yerda tasvirlangan, yoydan keladigan issiqlikdan tashqari, chokning yuqori qismidagi payvandlash metalliga issiqlikni ham beradi. Ikkita alohida payvandlash jarayoni ketma-ket ishlaydigan ketma-ket konfiguratsiyadan farqli o'laroq, gibrid payvandlashni bir vaqtning o'zida bitta jarayon zonasida ishlaydigan ikkala payvandlash jarayonining kombinatsiyasi sifatida ko'rish mumkin. Qaysi yoy yoki lazer jarayoni qo'llanilishiga va jarayon parametrlariga qarab, jarayonlar bir-biriga turli darajada va turli yo'llar bilan ta'sir qiladi [1, 2].
Lazer jarayoni va yoy jarayonining kombinatsiyasi tufayli payvandlash chuqurligi va payvandlash tezligi ham oshadi (alohida ishlatiladigan jarayonlarga nisbatan). Bug 'bo'shlig'idan chiqadigan metall bug'i yoy plazmasiga retro-ta'sir qiladi. Qayta ishlash plazmasida Nd:YAG lazer nurlanishining yutilishi ahamiyatsiz bo'lib qolmoqda. Ikki quvvat kirishining qaysi nisbati tanlanganiga qarab, umumiy jarayonning xarakteri lazer yoki yoy yordamida katta yoki kichikroq darajada aniqlanishi mumkin [3,4].
1-rasm: Sxematik ko'rinish: Lazerli gibrid payvandlash
Lazer nurlanishining yutilishi ish qismi yuzasining haroratiga katta ta'sir qiladi. Lazerli payvandlash jarayoni boshlanishidan oldin, ayniqsa alyuminiy yuzalarida, dastlabki aks ettirishni yengib o'tish kerak. Bunga maxsus ishga tushirish dasturi yordamida payvandlashni boshlash orqali erishish mumkin. Bug'lanish haroratiga yetgandan so'ng, bug' bo'shlig'i hosil bo'ladi, natijada deyarli barcha nurlanish energiyasi ish qismiga kirishi mumkin. Buning uchun zarur bo'lgan energiya haroratga bog'liq yutilish va yo'qotilgan energiya miqdori bilan belgilanadi.
ishlov beriladigan qismning qolgan qismiga o'tkazish orqali. LaserHybrid payvandlashda bug'lanish nafaqat ishlov beriladigan qism yuzasidan, balki plomba simidan ham sodir bo'ladi, ya'ni ko'proq metall bug'i mavjud bo'ladi, bu esa o'z navbatida lazer nurlanishining kirishini osonlashtiradi. Bu shuningdek, jarayonning to'xtab qolishining oldini oladi [5, 6, 7, 8, 9].
4. Avtomobilsozlik qo'llanilishi:
Kosmik ramka texnologiyasidan foydalanish orqali po'latdan yasalgan avtomobil kuzovi bilan solishtirganda og'irlikni 43% ga kamaytirish mumkin.
2-rasm: Audi Space A2 konsepti ramkasi
Audi A2 Space ramkasi 30 m lazer (2-rasmda sariq chiziqlar) va 20 m MIG payvandlash uzunligidan iborat. Bundan tashqari, 1700 ta perchin ham ishlatiladi.
3-rasm: Audi-A2 da profillar va ulash texnikalarini taqqoslash
4-rasmda AlMgSi varaq materiali bilan ALMg3 quyma materialining LaserHybrid payvandlangan birikmasi ko'rsatilgan. To'ldiruvchi sim AlSi5 va ishlatiladigan himoya gazi Argon. Lazer kuchining ortishi bilan chuqurroq penetratsiya mumkin. Lazer nurini yoy bilan shu tarzda birlashtirish lazer nurini payvandlash jarayoniga qaraganda kattaroq payvandlash havzasini hosil qiladi. Bu esa komponentlarni kengroq bo'shliqlar bilan payvandlash imkonini beradi.
4-rasm: 0,5 mm oraliq bilan bir-birining ustiga chiqadigan bo'g'in
Avtomobilsozlik sanoatida bo'g'inlarni tayyorlashsiz ustma-ust payvandlashning ko'plab qo'llanilishlari mavjud. Hozirgi vaqtda ushbu payvandlash ishi uchun eng zamonaviy jarayon AA 6xxx qotishmasining issiq yorilishi tufayli sovuq plomba sim bilan lazerli payvandlash jarayonidir. Bo'g'in plomba sim bilan payvandlanganda, ushbu plomba simini eritish uchun lazer energiyasining katta qismi yo'qoladi.
Keyingi rasmda 2,4 m/min payvandlash tezligi bilan bir-birining ustiga chiqadigan bo'g'inda LaserHybrid va Laser payvandlash o'rtasidagi farqlar ko'rsatilgan. Lazerli payvandlashda payvandlash bo'g'imini to'ldirish imkoniyati yo'q va pastki kesma hosil bo'ladi. Bundan tashqari, asosiy materialga juda kichik kirish mavjud. Payvandlash bo'g'imining kengligi juda kichik va shuning uchun past cho'zilish kuchi kutiladi. LaserHybrid payvandlashda esa,
qo'shimcha material payvandlash hovuziga tashiladi. Pastki qism MIG jarayonidan olingan sim bilan to'ldiriladi va endi lazer energiyasining bir qismi tejaladi. Ushbu tejalgan lazer energiyasi asosiy materialga kirishni oshirish uchun ishlatilishi mumkin va payvandlash bo'lagi kengligi raqamli simulyatsiyadan talab qilinadigan material qalinligidan kattaroqdir.
5-rasm. LaserHybrid va plomba simisiz lazerli payvandlashni taqqoslash
LaserHybrid payvandlash usuli bilan 4 mm gacha qalinlikdagi alyuminiy, po'lat va zanglamaydigan po'lat materiallarini payvandlash mumkin. Agar qalinligi juda yuqori bo'lsa, to'liq penetratsiya qilish mumkin emas. Rux bilan qoplangan materiallarni birlashtirish uchun lazerli payvandlash jarayonidan foydalanish ham afzalroqdir.
Avtomobilsozlikda qo'shimcha qo'llanmalar elektr uzatish moslamalari, o'qlar va avtomobil kuzovlari bo'lib, bu yerda lazerli gibrid payvandlash jarayoni mos kelishi mumkin.
Payvandlash boshi:
Payvandlash boshi kichik geometrik o'lchamlarga ega bo'lishi kerak, bu payvandlanadigan komponentlarga, ayniqsa avtomatik korpus sohasida yaxshi kirishni ta'minlashi kerak. Bundan tashqari, u robot boshiga mos ravishda ajratib olinadigan ulanishni va barcha Dekart koordinatalarida fokus masofasi va mash'alani to'xtatish masofalari kabi jarayon o'zgaruvchilarini sozlash imkonini beradigan tarzda ishlab chiqilishi kerak. 5-rasmda jarayon harakatda bo'lgan payvandlash boshi ko'rsatilgan. Payvandlash jarayonida yuzaga keladigan sachrash himoya oynasining ifloslanishini kuchaytiradi. Kvarts oynasi ikki tomondan aks ettiruvchi material bilan qoplangan va lazer optik tizimini shikastlanishdan himoya qilish uchun mo'ljallangan.
Kirlanish darajasiga qarab, oynada to'planib qolgan sachrash ish qismiga ta'sir qiluvchi lazer kuchini 90% gacha kamaytirishi mumkin. Kuchliroq ifloslanish odatda himoya oynasining yo'q qilinishiga olib keladi, chunki nurlanish energiyasining katta qismi shishaning o'zi tomonidan so'riladi va bu shishada termal kuchlanishlarni keltirib chiqaradi. Ushbu payvandlash boshi va payvandlash uskunasi yordamida uni LaserHybrid payvandlash, lazer payvandlash, MSG payvandlash va boshqalar uchun ishlatish mumkin.Lazerli issiq simli payvandlash.
6-rasm: Payvandlash boshi va jarayoni
5. Lazerli gibrid payvandlashning afzalliklari:
Yoy va lazer nurlarining birlashishi quyidagi afzalliklarga olib keladi: LaserHybrid payvandlashning lazerli payvandlashga nisbatan afzalliklari:
• yuqori jarayon barqarorligi
• yuqori ko'prik qobiliyati
• chuqurroq kirib borish
• kapital qo'yilmalar xarajatlarining kamayishi
• yuqori egiluvchanlik
LaserHybrid payvandlashning MIG payvandlashdan afzalliklari:
• yuqori payvandlash tezligi
• yuqori payvandlash tezligida chuqurroq penetratsiya
• pastroq issiqlik kiritish
• yuqori cho'zilish kuchi
• torroq payvand choklari
7-rasm: Ikkala jarayonni birlashtirishning afzalliklari
Yoyli payvandlash jarayoni arzon energiya manbai, yaxshi ko'prik qobiliyati va plomba metallarini qo'shish orqali strukturaga ta'sir qilish imkoniyati bilan tavsiflanadi. Boshqa tomondan, lazer nurlari jarayonining o'ziga xos xususiyatlari - bu katta payvandlash chuqurligi, yuqori payvandlash tezligi, past issiqlik yuki va tor payvand choklari. Ma'lum bir nur zichligidan yuqori bo'lgan lazer nuri metall materiallarda "chuqur payvandlash effekti" ni hosil qiladi, bu esa katta devor qalinligi bo'lgan komponentlarni payvandlash imkonini beradi - agar lazer kuchi yetarlicha yuqori bo'lsa. Shunday qilib, lazerli gibrid payvandlash yuqori payvandlash tezligini, yoy va lazer nuri o'rtasidagi o'zaro ta'sir tufayli jarayonni barqarorlashtirishni, issiqlik samaradorligini oshirishni va ish qismining yuqori bardoshliligini ta'minlaydi. Payvandlash hovuzi MIG jarayoniga qaraganda kichikroq bo'lgani uchun, kamroq issiqlik kirishi va shuning uchun kichikroq issiqlik ta'sir zonasi mavjud. Bu kamroq payvandlashni anglatadi.
buzilish, bu esa payvandlashdan keyingi keyingi tekislash ishlari hajmini kamaytiradi.
Ikkita alohida payvandlash hovuzi mavjud bo'lganda, yoydan keyingi issiqlik kirishi lazer nuri - payvandlangan maydon - ayniqsa po'lat holatida - payvandlashdan keyin qattiqlashtirish jarayonini o'tkazishini va qattiqlik qiymatlarini chok bo'ylab teng ravishda taqsimlashini anglatadi. 6-rasmda birlashtirilgan (ya'ni gibrid) jarayonning afzalliklari umumlashtirilgan.
Endi lazerli payvandlashdan gibrid payvandlashning iqtisodiy afzalliklariga to'xtaladigan bo'lsak, quyidagi bayonotlarni berish mumkin: Payvand choki qisman lazerli payvandlashdan va qisman MIG payvandidan iborat. Gibrid jarayon lazer nuri quvvatini kamaytirish imkonini beradi, ya'ni lazer nuri apparati atigi 3% samaradorlikka ega bo'lgani uchun lazer manbaining energiya sarfini sezilarli darajada kamaytirish mumkin. Boshqacha qilib aytganda: Ish qismiga ta'sir qiluvchi lazer nuri quvvatining 1 kVt ga kamayishi elektr tarmog'idan iste'mol qilinadigan quvvatning taxminan 35 kVA ga kamayishiga olib keladi.
Lazer nurlari apparati har 1 kVt uchun taxminan 0,1 m yevro turadilazer nurlari kuchiBirgina misol keltiraylik, gibrid jarayondan foydalanish 4 kVt nurlanish quvvatiga ega lazer nurlanish apparati o'rniga 2 kVt quvvatga ega lazer nurlanish apparatidan foydalanish imkonini bergan taqdirda, bu investitsiya xarajatlarida 0,2 million yevro tejashga olib keladi. Biroq, bu yerda shuni yodda tutish kerakki, gibrid jarayon uchun taxminan 20 000 yevroga teng MIG apparati kerak bo'ladi.
Yuqori payvandlash tezligi tufayli ham ishlab chiqarish vaqti, ham payvandlash xarajatlari kamayishi mumkin.
6. LaserHotwire bilan payvandlash:
Lazer nurini plomba simi bilan birlashtirishning yana bir imkoniyati LaserHotwire jarayonidir [10]. Ushbu protsedurada plomba simi bir xil quvvat manbai bilan oldindan qizdiriladi, bu esa quyidagilar uchun ishlatilishi mumkin.Lazerli gibrid payvandlash jarayoniTo'ldiruvchi sim 100 A dan 220 A gacha bo'lgan tok kuchiga ega. Simning uzatish tezligi payvandlash boncukining ko'ndalang kesimiga va payvandlash tezligiga bog'liq. Payvandlash, to'ldiruvchi metall miqdori orqali, shunga o'xshash payvandlash choklariga qaraganda osonroq bajarilishi mumkin bo'lgan qoliplash materialini taqdim etadi. Plitalar qismlarini payvandlash orqali ta'mirlash ishlarini payvandlangan bo'g'inlarga qaraganda osonroq bajarish mumkin. LaserHotwire payvandlashning afzalliklaridan biri payvandlangan zonaning yaxshi korroziyaga chidamliligidir.
To'ldiruvchi metallar sifatida SG-CuSi3 kabi arzon mis asosidagi qotishmalar ishlatiladi va Argon himoya qiluvchi gaz vazifasini bajaradi.
8-rasm: Sxematik tasvirLazerli issiq simli payvandlash:
Keyingi rasmda lazerli issiq simli payvandlangan materialning ko'ndalang kesimi ko'rsatilgan. Rux bilan qoplangan material 3 m/min tezlikda payvandlanadi va plomba simining tok kuchi 205 A ni tashkil qiladi. Issiqlik kiritish juda past, shuning uchun payvandlash jarayonining natijasi past buzilishdir.
7. Xulosa:
Lazerli gibrid payvandlash - bu metallga ishlov berish sanoatida keng qo'llaniladigan sohalar uchun sinergiyani taklif qiluvchi mutlaqo yangi texnologiya, ayniqsa, zarur bo'lgan komponentlarning bardoshliligiga erishishning iloji bo'lmagan yoki moliyaviy jihatdan foydali bo'lmagan hollarda.lazer nurlari bilan payvandlashQo'llanilishning ancha keng doirasi va birlashtirilgan jarayonning yuqori imkoniyatlari investitsiya xarajatlarini kamaytirish, ishlab chiqarish vaqtini qisqartirish, ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish va unumdorlikni oshirish nuqtai nazaridan raqobatbardoshlikni oshirishga olib keladi.
LaserHybrid jarayoni alyuminiyni payvandlashda yangi yondashuvni ham taklif etadi. Biroq, amalda qo'llanilishi mumkin bo'lgan barqaror jarayon nisbatan yaqinda, qattiq holatdagi lazerlarning yuqori chiqish quvvati tufayli mumkin bo'ldi. Ko'plab tadqiqotlar lazer-yoy-gibrid payvandlash jarayonlarining asoslarini o'rganib chiqdi. "Gibrid payvandlash jarayoni" deganda biz lazer nurlari bilan payvandlash va yoy payvandlash jarayonining kombinatsiyasini, faqat bitta jarayon zonasi (plazma va eritish) ni nazarda tutamiz. Asosiy tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ikkita jarayonni birlashtirish orqali sinergiyalarga erishish va har bir alohida jarayonning kamchiliklarini qoplash mumkin bo'lgan jarayon mumkin, bu esa ko'plab turli materiallar va konstruksiyalar uchun payvandlash imkoniyatlarini, payvandlash qobiliyatini va payvandlash ishonchliligini oshiradi. Xususan, bu alyuminiy qotishmalari uchun ko'rsatildi. Qulay jarayon parametrlarini tanlash orqali geometriya va strukturaviy konstruksiya kabi payvandlash xususiyatlariga tanlab ta'sir ko'rsatish mumkin. Yoy payvandlash jarayoni plomba metallini qo'shish orqali ko'prik qobiliyatini oshiradi; shuningdek, payvandlash choki kengligini aniqlaydi va shu bilan zarur bo'lgan ish qismini tayyorlash miqdorini kamaytiradi. Bundan tashqari, jarayonlar o'rtasida sodir bo'ladigan o'zaro ta'sirlar jarayon samaradorligini sezilarli darajada oshirishga olib keladi. Ushbu kombinatsiya jarayoni lazerli payvandlash jarayoniga qaraganda ancha kam investitsiya xarajatlarini talab qiladi.
Lazerli issiq simli payvandlash jarayoni, ayniqsa, rux bilan qoplangan material uchun yaxshi korroziyaga chidamlilikni olish uchun ishlatilishi mumkin.
Nashr vaqti: 2025-yil 18-aprel
